Светодиодный прожектор для теплиц: улучшение урожайности и экономии энергии

Светодиодный прожектор для теплиц: улучшение урожайности и экономии энергии

Экономия электроэнергии и повышение урожайности в промышленных теплицах – это то, что интересует всех производителей тепличной продукции.

В себестоимость тепличных овощей заложено до 40% расходов на энергоносители – электроэнергию и природный газ. Более 90% электроэнергии на предприятии расходуется на ассимиляционное освещение, которое может обеспечиваться как натриевыми лампами высокого давления, характеризующимися высоким теплоизлучением и энергопотреблением, так и светодиодными модулями.

Последние несколько лет тарифы на энергию росли. С момента запуска госпрограммы по развитию сельского хозяйства они удвоились, превысив 3 руб./кВт ч. Так, трансформаторы больше не позволяют экономить затраты на электроэнергию, потому что киловатт стоит дороже, чем при использовании ГПУ. Рост тарифов не останавливается, и в этом году мы можем увидеть стоимость и 4 руб./кВт ч, и 4,20. На помощь приходят светодиодные решения, которые позволяют существенно экономить электроэнергию. Энергоэффективность светодиодных ламп выше натриевых почти в 2 раза: при использовании решений последнего поколения в первом случае этот показатель составляет до 3,6 мкмоль/дж, а во втором – менее 2 мкмоль/дж. Таким образом, можно уменьшить потребление энергии на освещение почти на 50%, и более того – улучшить прогнозируемость роста и товарные качества урожая.

ТК «Агро-Инвест», Калужская область, Россия.

Другое важное отличие светодиодных ламп от натриевых – меньшее количество теплового излучения, которое может навредить растениям в случае превышения допустимых показателей.

Светодиоды предполагают применение новых стратегий выращивания, позволяющих раздельно управлять климатом и освещенностью.

Если в России технологию начали активно применять не так давно, то в Европе светодиодное освещение получило широкое распространение. Например, в тепличном комплексе Brookberries в Нидерландах выращивают клубнику – на профессиональном языке «землянику садовую» – под комбинацией LED-освещения Philips (продукция Signify реализуется под брендом Philips) красного спектра, предназначенного для периода активного цветения, и натриевыми лампами высокого давления. Это позволяет достичь большей урожайности: растения отзывчиво реагируют на такой свет и могут интенсивнее синтезировать белок, что приводит к ускоренному процессу созревания плодов и большей урожайности с квадратного метра в год.

Кроме того, светодиодные решения для верхнего освещения позволяют продлить световой день для растений, чувствительных к фотопериоду, и получить урожай на 2-3 недели раньше – в период, когда цены на него наиболее высоки.

Эффективность использования светодиодного освещения в теплицах доказана как на практике, так и научно. Например, ученые Варшавского Университета Естественных Наук (SGGW) обнаружили, что в зимнее время урожай огурцов на 24,8% выше в зимнее время при использовании светодиодного освещения, а потребление воды на килограмм урожая – ниже на 1,4 л.

Эксперименты научно-исследовательского центра по выращиванию овощей PSKW в Бельгии показали, что салат-латук демонстрирует до 20% больше урожайности на квадратный метр даже в зимний период, а ученые Вагенингенского университета (WUR) в Нидерландах наблюдали рост урожайности земляники садовой на 15%, а также улучшение вкуса и повышение уровня витамина С в плодах на 7-12%.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое светодиодный прожектор для теплиц

Революционность использования LEDосвещения теплиц не столько в повышении урожайности и экономии энергии, а скорее в возможности изменения свойств растений. Традиционные светильники имеют заведомо жестко заданный вариант светового спектра, в полной мере не нужный или даже вредный для фотосинтеза растений (у одних ламп эта радуга состоит из «широких мазков», у других — из «узких» (длина волны), но набор цветов, как правило, неизменен). Светодиодный же кристалл способен испускать определенную длину волны, то есть конкретную полоску спектра. С развитием полупроводников стало возможно продуцировать разные длины волн и, соответственно, регулировать чистоту цвета до десятков нанометров в самом широком диапазоне — от инфракрасного до ультрафиолетового. «Главное, теперь цвета спектра можно комбинировать, как в конструкторе, а это открывает головокружительные перспективы перед растениеводством, — не скрывает вдохновения заведующий кафедрой физиологии растений РГАУ МСХА имени К. А. Тимирязева, доктор биологических наук Иван Тараканов . — У нас впервые появляется инструмент, который позволит нам намного быстрее в чистом виде получить новые заданные свойства растений при фотосинтезе — от органолептических до химических. Можно менять вкусовые качества, цвет и форму, регулировать витаминный состав, подбирая разные комбинации спектра». Это в МСХА имени Тимирязева уже доказали в ходе практических опытов в экспериментальных тепличных установках на некоторых культурах. «Фотосинтез происходит в основном в разных комбинациях красного и синего спектров и в разное время вегетации. Это сложный, многоступенчатый химический процесс, на разных стадиях которого образуются те или иные соединения, определяющие качество плодов, — поясняет Иван Тараканов. — За счет одной комбинации спектра нам удалось в определенный период жизни растения сначала увеличить биомассу, вес плода, а потом сменить спектр — и усилить вкус, витаминный состав. Эксперименты проводились на салатах, огурцах, томатах и других культурах. К примеру, редис при одном спектре освещения дал только ботву, при другом — меньший стебель, но крупный корнеплод. Сейчас в МСХА продолжают исследовать влияние светодиодов на рост и свойства растений благодаря полученному в прошлом году гранту Российского научного фонда. Проект «Фоторегуляция морфогенеза и продукционного процесса растений в условиях интенсивного культивирования» будет иметь прикладное значение для бизнеса. «В этой работе уже есть элементы ноу-хау, о которых не могу говорить. Но речь идет как раз о создании “спектральных рецептов” регулирования роста и развития растений: когда надо ускорить фотосинтез, когда притормозить и так далее». Подобные научные разработки в мире ведут в основном R&D-подразделения ведущих производителей тепличных осветителей. Так же, как и аграрии, они опасаются проронить лишнее слово при обмене опытом, который тоже оформился сравнительно недавно. «Зарубежные компании неохотно обнародуют свои исследования, что затрудняет информированность ученых и бизнеса по этой теме. И это понятно, поскольку разработки стратегические, — говорит президент ассоциации “Теплицы России” Наталия Рогова . — Поэтому мы последние несколько лет активно проводим конференции с участием ведущих разработчиков LED-технологий для агросектора, что дает результаты: конструктивный прямой обмен опытом постепенно налаживается».

Какие преимущества имеет светодиодный прожектор для теплиц по сравнению с традиционными источниками света

Планомерное увеличение производственных мощностей тепличной отрасли в России свидетельствует о востребованности продукции, выращиваемой в защищенном грунте. Освещение оказывает большой влияние на экономику тепличного хозяйства и качество производимой продукции. Исследование проводили с целью изучения и обобщения опыта использования светодиодных светильников в теплицах, их влияния на качество и урожайность культур для оценки возможности массового их применения в Российской Федерации. В современных условиях в тепличной отрасли используют в основном технологию круглогодичного выращивания с использованием светокультуры. Светодиодные источники облучения имеют преимущества перед традиционными натриевыми лампами благодаря возможности манипуляции спектральным составом и мощностью освещения как средством управления параметрами роста растений, процессами синтеза вторичных метаболитов в растениях, влияющих на качество плодов и хозяйственную ценность тепличной продукции, а также более высокой энергоэффективности. На сегодняшний день применение светильников на основе светодиодов осуществляется в основном совместно с традиционными натриевыми лампами высокого давления. Самостоятельное их использование имеется только в многоярусных системах выращивания. Распространение светодиодных источников освещения привело к трансформации основных представлений о возможности искусственного освещения при светокультуре в промышленных теплицах. Путем оптимизации условий освещения можно достигать увеличения сбора урожая до 20 % по массе продукции, продлевать период вегетации растений, изменять биохимический состав плодов и вегетативных органов. Существенным ограничивающим фактором для замены натриевых светильников на светодиодные служит сравнительно высокая их стоимость. Большое количество исследований со стороны ведущих фирм производителей осветительного оборудования и активная патентная деятельность в сфере разработки светодиодных устройств освещения во многих странах позволяет надеяться на прорыв в этом направлении в ближайшем будущем.

Как светодиодный прожектор влияет на рост растений в теплице

Эксперимент по использованию светодиодных светильников для освещения растений проходит на кафедре овощеводства и плодоводства на базе Уральской государственной сельскохозяйственной академии.

Целью эксперимента является проверка способности растений развиваться под светом от полупроводниковых источников излучения (светодиодов) от стадии проращивания до стадии плодоношения (появлений завязей плодов).

Схема проведения эксперимента показана на рис. 4. 

На две соседние полки помещаются ёмкости, засеянные семенами растений. На обеих полках процесс выращивания растений происходит полностью под искусственным освещением. В первом случае используются светодиодные светильники XLight XLD-Line50-Agro (рис. 5), во втором случае – светильники с люминесцентными лампами Osram Fluora для растений. Растения находятся при включённом освещении по 16 часов в сутки. Площадь освещённого участка составляет примерно 0,5 м².

Эксперимент состоит из двух повторяющихся этапов для подтверждения правильности полученных результатов. В настоящее время завершён первый этап: растения полностью развились от стадии проращивания из семян до стадии плодоношения в лабораторных условиях. Второй этап должен подтвердить преимущества использования светодиодных источников освещения для растений уже в реальных условиях тепличного хозяйства.

Уже сейчас эксперимент показал, что, в отличие от люминесцентных ламп, светодиодный светильник обеспечивает спектр излучения, необходимый для полного цикла выращивания растений от проращивания до цветения и плодоношения, а спектр люминесцентных ламп не позволяет растениям плодоносить, поэтому эти лампы пригодны только для выращивания рассады. Другим преимуществом светодиодных светильников является низкое выделение тепла, поэтому их можно располагать в непосредственной близости от растений без риска нанести им повреждения.

Результаты законченного первого этапа эксперимента показали, что семена, освещаемые светодиодными светильниками, прошли за время эксперимента полный цикл от проращивания до плодоношения, тогда как семена, освещаемые светильниками с люминесцентными лампами, за аналогичное время дошли только до стадии цветения.

Как выбрать подходящий светодиодный прожектор для своей теплицы

С ростом популярности светодиодного освещения многие домовладельцы и предприятия начали устанавливать светодиодные прожекторы для их яркого, энергоэффективного освещения. Тем не менее, некоторые модели светодиодного прожектора сталкиваются с проблемами с чрезмерным выбросом тепла, которые могут повлиять на производительность и долговечность. В этой статье мы рассмотрим факторы, которые заставляют светодиодные прожекторы нагреваться, и предлагают некоторые решения для смягчения проблемы выбросов тепла.

введение:

светодиодные прожекторы предлагают многочисленные преимущества по сравнению с традиционным освещением, таким как металлические галогениды и натрия высокого давления. светодиоды потребляют гораздо меньше электроэнергии, длится дольше и обеспечивают более яркую, более последовательную мощность освещения. но исключительная яркость светодиодов поступает в упаковке многих маленьких, мощных светодиодных чипсов в ограниченное пространство. это плотное расположение часто приводит к чрезмерному накоплению тепла. оставленные неконтролируемые, высокие температуры могут ухудшить производительность светодиодов и сократить полезную продолжительность жизни прожектора.

что заставляет светодиодные прожекторы нагреться

высокая плотность мощности - несколько светодиодных чипов в небольшом пространстве производят много тепла в концентрированной области.
Отсутствие радиаторов - у большинства прожекторов не хватает достаточного количества компонентов алюминия или медного радиатора для рассеивания тепла.
Воздействие погоды - светодиодные прожекторы, установленные на открытом воздухе, испытывают большее и более постоянное воздействие тепла.
Электрические компоненты - Драйверы и другие электрические компоненты добавляют к общему теплу прожектора.

Закрытые корпусы - запечатанные светодиодные корпусы ловят тепло вместо разрешения воздушного потока.

Воздействие чрезмерного излучения тепла

Эффективность светодиода снижается - больше мощности тратится впустую как тепло вместо выхода света.
Световой выпуск снижается с течением времени - тепло устойчиво ухудшает производительность светодиода.
Риск перегрева - чрезмерное наращивание тепла может повредить светодиодные чипсы и электрические детали.
Укороченная продолжительность жизни - слишком много тепла ускоряет процесс старения светодиодных чипов.

Повреждение окружной платы - устойчивые высокие температуры деформируются и растопите точки припоя на платах.

решения для улучшения управления теплом светодиода

выберите модели со встроенными радиаторами - ищите достаточную площадь поверхности радиатора и тепловые трубы.
Выберите прожекторы с вентиляцией - вентилируемые корпусы позволяют пассивному воздушному охлаждению компонентов.
Установите в местах холодильника - избегайте закрытых областей и прямого воздействия солнца.
Используйте светильники, установленные на полюсе - повышенные огни испытывают лучшую циркуляцию воздуха.
Ограничьте последовательное время выполнения - позволяйте прожекторам периодически остывать.
Чистые вентиляционные отверстия воздуха - убедитесь, что вентиляционные отверстия не забиваются пылью и мусором.
При правильном выборе и установке светодиодные прожекторы могут обеспечить годы яркого, энергоэффективного освещения. Но их концентрированная мощность требует адекватного управления теплом. Следуя этим рекомендациям поможет максимизировать производительность и срок службы светодиодных прожекторов. Осторожный контроль тепла позволяет пользователям пользоваться преимуществами светодиодного освещения без компромисса.

Какие факторы влияют на эффективность светодиодного прожектора для теплиц

1. Светодиодные панели и фитосветильники отлично подходят для домашних оранжерей, зимнего сада, гроутентов, т. к. выделяют значительно меньше тепла (по сравнению с ДНаТ). Поэтому при их использовании не потребуется отдельный вентилятор для отвода горячего воздуха, как с натриевыми лампами. Оптимальная высота подвеса – 30-50 см от верхних листьев растения.
2. LED-светильники не требуют дополнительных устройств, таких как ПРА и ИЗУ, которые необходимы для подключения натриевых ламп. Светодиодные панели и светильники подключаются стандартным проводом непосредственно к сети 220В, благодаря этому практически исчезает риск пожара или короткого замыкания.
3. Благодаря своей конструкции светодиод формирует строго направленный пучок света и рефлектор (отражатель) для него не требуется.
4. Светодиодные лампы потребляют в 4-5 раз меньше электричества, чем натриевые лампы. Заявленная производителем потребляемая мощность на самом деле будет еще ниже, т. к. она лишь указывает на размер кристалла и его потенциал, а ток подается меньше. Например, реальное энергопотребление лампы 15 Вт = 8,5 Вт.
5. Долгий cрок службы – до 50000 часов. При условии, что выбранный вами светильник или лампа не будут перегреваться и перегорать.
6. Быстрый монтаж.
7. Не требует постоянного контроля и предварительной подготовки площади для размещения.
8. Диодная подсветка растений безвредна человеку и окружающей среде – не содержит ртути и других опасных веществ.